Устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Технический результат - повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам. В устройстве поиска осуществляется измерение уровня помех в канале обработки сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с учетом принятых мер по их подавлению - стирание мощных прицельных помех и ограничение заградительных помех. Это позволяет измерять напряжение помех для формирования порога, что приводит к резкому снижению вероятности ложной синхронизации. 4 ил.

Устройство относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Известны устройства поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (сигналов со скачкообразным изменением частоты), описанные в монографии Р. К. Диксона "Широкополосные системы", Москва, "Связь", 1979г., стр.191-192, в монографии Борисова В.И. и др. "Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты", Москва, "Радио и связь", 2000 г., стр. 219, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство поиска сложных сигналов по задержке, описанное в монографии Г. И. Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов", Москва, "Сов.радио", 1977 г., стр.326, рис.7.2б, представленное на фиг.1, где обозначено: 1 - смеситель (перемножитель); 2 - полосовой фильтр; 3 - амплитудный детектор; 4 - решающий блок; 5 - управляемый генератор тактовой частоты; 6 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода).

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные смеситель 1, первый, сигнальный, вход которого является входом устройства, полосовой фильтр 2, амплитудный детектор 3, решающий блок 4, управляемый генератор тактовой частоты 5 и перестраиваемый синтезатор частот 6, выход которого соединен с вторым, опорным, входом смесителя 1.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В устройстве поиск по задержке осуществляется способом переменной тактовой частоты, который состоит в следующем. На приемной стороне радиолинии известна тактовая частота (f_т) генератора тактовой частоты передатчика, используемого для формирования сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Поэтому в режиме поиска тактовую частоту блока 5 (f_тт) устанавливают равной f_тт =f_т±Δf_т, Δf_т≪ f_т, при этом сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (кодовая последовательность, формируемая блоком 6) отстает или опережает входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (кодовую последовательность передатчика).

Входной сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты в блоке 1 перемножается со скользящим по задержке опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (опорной кодовой последовательностью).

Опорный сигнал отличается от входного сдвигом каждой из N частот программы перестройки на величину f_пр, где f_пр - промежуточная частота приемника, равная частоте настройки блока 2. Результат перемножения входного и опорного сигналов на разностной (промежуточной) частоте фильтруется в блоке 2, детектируется блоком 3, выделенная огибающая напряжения сравнивается с порогом в блоке 4.

При превышении порога блок 4 формирует команду "I", подаваемую на блок 5, который по этой команде формирует тактовую частоту f_т, равную тактовой частоте передатчика, при этом обеспечивается синхронность входного и опорного сигналов.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам (прицельным и заградительным).

Указанный недостаток устраняется тем, что в устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее первый канал, состоящий из последовательно соединенных первого смесителя, первый, сигнальный, вход которого является входом устройства, и полосового фильтра, а также первого амплитудного детектора, решающего блока, входы которого соединены с управляющим входом управляемого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с опорным входом перестраиваемого синтезатора частот, выход которого соединен с вторым, опорным входом первого смесителя, в первый канал введены последовательно соединенные первый блок режекции помех и первый ограничитель, выход которого соединен с входом первого амплитудного детектора, первый накопитель, вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход первого накопителя соединен с первым, сигнальным, входом решающего блока, введен второй канал, состоящий из последовательно соединенных второго смесителя, первый, сигнальный, вход которого соединен с входом устройства, второго полосового фильтра, второго блока режекции помех, второго ограничителя, второго амплитудного детектора, второго накопителя и усилителя, выход которого соединен с вторым, опорным, входом решающего блока. Кроме того, выход перестраиваемого синтезатора частот через блок задержки соединен с вторым, опорным, входом второго смесителя, а выход первого полосового фильтра соединен с входом первого блока режекции помех.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где введены следующие обозначения: 1 и 10 - первый и второй смесители; 2 и 11 - первый и второй полосовые фильтры; 3 и 12 - первый и второй блоки режекции помех;
4 и 13 - первый и второй ограничители;
5 и 14 - первый и второй амплитудные детекторы;
6 и 15 - первый и второй накопители;
7 - решающий блок;
8 - управляемый генератор тактовой частоты;
9 - перестраиваемый синтезатор частот (генератор кода);
16 - усилитель;
17 - блок задержки.

Предлагаемое устройство состоит из двух каналов, первый из которых содержит последовательно соединенные первый смеситель 1, первый полосовой фильтр 2, первый блок режекции помех 3, первый ограничитель 4, первый амплитудный детектор 5, первый накопитель 6, выход которого соединен с первым, сигнальным, входом решающего блока 7, выход которого соединен с управляющим входом управляемого генератора тактовой частоты 8, выход которого соединен с опорным входом перестраиваемого синтезатора частот 9, выход которого соединен с вторым, опорным, входом первого смесителя 1 и через блок задержки 17 - с вторым, опорным, входом второго смесителя 10, первый, сигнальный, вход которого соединен с первым, сигнальным, входом первого смесителя 1 и также является сигнальным входом устройства; второй канал состоит из последовательно соединенных второго смесителя 10, второго полосового фильтра 11, второго блока режекции помех 12, второго ограничителя 13, второго амплитудного детектора 14, второго накопителя 15 и усилителя 16, выход которого соединен с вторым, опорным, входом решающего блока 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На первый, сигнальный, вход блока 1, являющийся сигнальным входом устройства, поступает входная смесь, содержащая узкополосные помехи и периодический сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представляющий собой периодическую последовательность из N радиоимпульсов, длительностью τ₀, частоты которых меняются в соответствии с заданным псевдослучайным кодом (программой перестройки). Частоты узкополосных помех совпадают с частотами сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

На второй опорный вход блока 1 подается опорный сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, имеющий ту же программу перестройки частоты, что и входной сигнал, и отличающийся от него сдвигом всех частот программы перестройки на величину, равную промежуточной частоте приемника f_пр (частоте настройки блока 2). В исходном режиме работы на выходе блока 7 формируется команда "0", свидетельствующая об отсутствии превышения порога в блоке 7, которая подается на блок 8. В этом случае тактовая частота, формируемая блоком 8, устанавливается равной f_т1 = f_т±ΔF;ΔF≪f_т, где f_т - тактовая частота, используемая при формировании сигнала со скачкообразным изменением частоты на передающем конце. За счет введения различия в тактовые частоты входного и опорного сигналов опорный сигнал, формируемый блоком 9, скользит относительно входного сигнала, при этом происходит периодическое их совпадение по времени и расхождение.

В блоке 1 входная смесь перемножается со скользящим опорным сигналом блока 9, результат перемножения фильтруется на разностной (промежуточной) частоте в блоке 2. При совпадении по времени (задержке) входного и опорного сигналов на входах блока 1 на его выходе выделяется последовательность из N радиоимпульсов длительностью τ₀, частота заполнения которых равна f_пр. Узкополосные помехи, частоты которых совпадают с частотами входного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, также превращаются в радиоимпульсы длительностью τ₀ с частотой заполнения, равной f_пр. Мощные радиоимпульсы от прицельных помех стираются (режектируются блоком 3) за счет запирания приемника на время τ₀ в случае их обнаружения. Смесь, состоящая из радиоимпульсов сигнала и нестертых в блоке 3 радиоимпульсов от узкополосных помех, нормируется по амплитуде в блоке 4 за счет ее амплитудного ограничения, после чего подается на блок 5, где осуществляется ее амплитудное детектирование. С выхода блока 5 видеоимпульсы подаются на блок 6, где осуществляется их накопление в течение времени Т=Nτ₀. Накопленное в блоке 6 напряжение сравнивается с пороговым напряжением, поступающим от блока 16. Команда о превышении порога ("I") с выхода блока 7 подается на вход блока 8, в котором при ее поступлении устанавливается тактовая частота _т, равная тактовой частоте входного сигнала. Тактовая частота f_т подается на вход блока 9, где с ее использованием формируется опорный сигнал со скачкообразным изменением частоты, синхронный с входным сигналом.

Одновременно входная смесь подается на первый сигнальный вход блока 10, на второй, опорный, вход которого подается опорный сигнал блока 9, через блок 17, обеспечивающий задержку опорного сигнала блока 9 на время, равное τ₀. Результат перемножения входного и опорного сигналов с выхода блока 10 подается на блок 11, где он фильтруется в полосе пропускания аналогичной полосе пропускания блока 2. C выхода блока 11 напряжение подается на блок 12, где осуществляется стирание (режекция) радиоимпульсов, амплитуда которых превысила допустимое значение (определяемое блоком 12), при этом стирание радиоимпульсов осуществляется за счет запирания блока l2 на время, равное τ₀. Блоки 12 и 3 аналогичны по структуре. При этом порог, превышение которого определяет необходимость стирания данного радиоимпульса, выбирается одинаковым в блоках 12 и 3.

Устройство и работа блока 12 аналогичны устройству и работе блока 3. Радиоимпульсы, прошедшие (не стертые) в блоке 12, нормируются по уровню в блоке 13 за счет их амплитудного ограничения, после чего они детектируются в блоке 14 и подаются на блок 15, где осуществляется накопление напряжения в течение времени Т=Nτ₀. Накопленное напряжение усиливается в заданное число раз, определяемое заданным значением вероятности ложных тревог, после чего подается как пороговое напряжение на второй, опорный, вход блока 7, на первый, сигнальный, вход которого подается накопленное напряжение первого канала. Таким образом, введение блоков 10-17 обеспечивает формирование порога, отслеживающего уровень помех, при этом пороговое напряжение формируется с применением тех же мер по подавлению помех (стирание, ограничение), которые используются в первом канале.

Введение задержки, равной τ₀, в опорный сигнал второго канала по сравнению с опорным сигналом первого канала исключает возможность выделения сигнала во втором канале при наличии его в первом канале.

То есть в заявляемом устройстве формируется пороговый канал, обеспечивающий отслеживание уровня помех в первом канале с учетом принятых мер по подавлению помех.

Структурная схема блока 8 приведена на фиг.3, где обозначено:
81 - генератор тактовой частоты f_т;
82 - генератор тактовой частоты f_т±Δf_т, Δf_т≪ f_т;
83 и 84 - первый и второй ключи;
85 - инвертор;
86 - сумматор.

Блок 8 содержит генератор тактовой частоты f_т 81, выход которого через первый ключ 83 соединен с первым входом сумматора 86; генератор тактовой частоты f_т± Δf_т, Δf_т≪ f_т 82, выход которого через второй ключ соединен с вторым входом сумматора 86, выход которого является выходом блока 8; управляющий вход блока 8 соединен с управляющим входом первого ключа 83 непосредственно, а с управляющим входом второго ключа 84 - через инвертор 85.

Блок 8 работает следующим образом.

Команда "I" или "0" подается от блока 7 на управляющий вход блока 83 непосредственно, а на управляющий вход блока 84 через блок 85.

При наличии на управляющем входе блока 8 команды "0" ключ 83 закрыт, а ключ 84 открыт, так как на его управляющий вход поступает команда "I" с выхода блока 85.

В этом случае через открытый блок 84 тактовая частота ((f_т± Δf_т), формируемая блоком 82, через блок 86 поступает на выход блока 8, обеспечивая в устройстве режим поиска по задержке способом переменной тактовой частоты.

При появлении на управляющем входе блока 8 команды "I" ключ 83 отпирается, а ключ 84 запирается, в этом случае на выход блока 8 поступают тактовые импульсы f_т от блока 81 через блоки 83 и 86, что обеспечивает работу устройства в синхронизме с входным сигналом.

Блоки 3 и 12 могут быть выполнены так, как это представлено в монографии "Системы подвижной радиосвязи" под ред. Пышкина И.М., М., "Радио и связь", 1986r., стр.196, рис.4.34.

Блок 7 аналогичен решающему блоку прототипа с тем лишь отличием, что в нем осуществляется сравнение накопленного напряжения не с фиксированным порогом, как это имеет место в прототипе, а со следящим порогом, поступающим на его опорный вход.

Блоки 4 и 14 могут быть выполнены в виде согласованного фильтра на пачку из N видеоимпульсов, реализованного, например, на линии задержки, содержащей N отводов, задержка между которыми равна τ₀.

Структурная схема блока 9, представленная с учетом монографии Тузова Г. И. "Статистическая теория приема сложных сигналов", М., "Cов.радио", 1977 г. , стр.67-68, рис.2.8, приведена на фиг.4, где обозначено:
91 - генератор сетки частот;
92 - цифровой коммутатор;
93 - генератор числовой последовательности.

Блок 9 содержит генератор сетки частот 91, выходы которого соединены с сигнальными входами цифрового коммутатора 92, выход которого является выходом блока 9, а управляющий вход цифрового коммутатора 92 соединен с выходом генератора числовой последовательности 93, вход которого объединен с входом блока 91 и является входом блока 9.

Блок 9 работает следующим образом.

На вход блока 9 поступает тактовая частота, формируемая блоком 8, с входа блока 9 она подается на блок 93, который может быть выполнен на основе режектора сдвига с обратной связью, состояние которого на каждом такте характеризуется двоичным числом, определяемым триггерами регистра сдвига. Регистр сдвига обеспечивает получение чисел от 1 до N. Блок 91 вырабатывает сетку гармонических сигналов, которые поступают на сигнальные входы блока 92, на управляющий вход которого подается цифровой код с выхода блока 93. Блок 92 ставит в соответствие каждому числу заранее определенный сигнал сетки частот, и только этот сигнал пропускает на выход блока 9.

В прототипе используется при обнаружении сигнала со cкачкообразным изменением частоты фиксированный порог, который может выбираться в соответствии с соотношением U_п=К•U_с, где U_с - ожидаемый уровень полезного сигнала на каждой частотной позиции, а коэффициент К выбирается исходя из заданного значения вероятности ложных тревог и, как правило, выбирается равным
Вместе с тем наличие мощной прицельной помехи или N/2 заградительных помех (гребенки узкополосных помех, совпадающих по частоте с частотами программы перестройки приемника) на входе устройства прототипа приводит к ложной синхронизации.

В заявленном устройстве накопленное напряжение сравнивается с следящим порогом, который формируется во втором канале, где используются те же меры подавления помех (стирание, ограничение), что и в первом канале, поэтому формируемое пороговое напряжение отслеживает уровень помех в первом канале. В то же время задержка опорного сигнала, подаваемого на смеситель порогового канала на величину, равную или кратную τ₀, исключает возможность появления сигнала в пороговом канале.

То есть в заявляемом устройстве в решающем блоке осуществляется сравнение накопленного напряжения с порогом, отслеживающим уровень помех в основном канале, при изменении уровня помех автоматически изменяется пороговое напряжение. Зa счет этого обеспечивается снижение вероятности ложной синхронизации при воздействии заградительных помех. При воздействии мощных узкополосных помех (например, прицельных) вероятность ложной синхронизации обеспечивается за счет их стирания.

Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом резко снижается вероятность ложной синхронизации.

Формула изобретения

Устройство поиска по задержке сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащее первый канал, состоящий из последовательно соединенных первого смесителя, первый, сигнальный вход которого является входом устройства, и полосового фильтра, а также первого амплитудного детектора, решающего блока, выход которого соединен с управляющим входом управляемого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с опорным входом перестраиваемого синтезатора частот, выход которого соединен с вторым, опорным входом первого смесителя, отличающееся тем, что в первый канал введены последовательно соединенные первый блок режекции помех и первый ограничитель, выход которого соединен с входом первого амплитудного детектора, первый накопитель, вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход первого накопителя соединен с первым, сигнальным входом решающего блока, введен второй канал, состоящий из последовательно соединенных второго смесителя, первый, сигнальный вход которого соединен с входом устройства, второго полосового фильтра, второго блока режекции помех, второго ограничителя, второго амплитудного детектора, второго накопителя и усилителя, выход которого соединен с вторым, опорным входом решающего блока, кроме того, выход перестраиваемого синтезатора частот через блок задержки соединен с вторым, опорным входом второго смесителя, а выход первого полосового фильтра соединен с входом первого блока режекции помех.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4